化学品在DQP竹浆上的吸附特性及其对成纸增强的研究

论文摘要

竹浆纤维的纤维性能介于针叶木和阔叶木之间，明显优于麦草、芦苇等草类纤维，是一种具有较好的成本和质量优势的非木材原料，具备部分替代木浆抄造高级文化用纸的潜力。本论文以DQP漂白竹浆为原料，研究了竹浆的打浆特性、对湿部化学品的吸附特性及化学品对成纸的增强性能，为环境友好型DQP漂白竹浆的推广及应用提供可靠的理论依据和数据支持。竹浆纤维的高结晶、高取向结构，使它的成纸强度与针叶木纤维相比尚存在一定的差距。添加适量的湿部化学品，如干强剂，可以在减少打浆能耗的基础上提高纸页强度，本论文以几种常见的干强剂为模型物，并且研究了聚合物与纤维的吸附性能，并对干强剂与纤维的作用机理进行了探讨，确定了单层吸附和多层吸附（PEM，polyelectrolyteMultilayers）时化学品的最佳用量。实验表明，不同打浆度的竹浆，打浆前后的纤维总电荷量变化不大，表面电荷却明显升高，电荷比增大，吸附的聚合物明显增加。众所周知，吸附更多的聚合物有利于提高纸张的强度，但是打浆促使纤维表面电荷增多的同时也不可避免的产生了过多的细小纤维，这些细小纤维带来一系列负面问题，本论文尝试寻找替代打浆或者降低打浆水平的方法。等温吸附曲线的数据表明：在单层吸附过程中，阳离子聚丙烯酰胺（CPAM，cationicpolyallylamine）在纤维上的吸附量低于阳离子淀粉；这主要是由于阳离子聚合物和纤维间的吸附主要是靠静电力作用，实验所用的CPAM的电荷量高于阳离子淀粉；将不同电荷密度的阳离子淀粉的吸附曲线相比较，发现高电荷密度的阳离子淀粉（HCS）在纤维上的吸附量低于低电荷密度的淀粉(LCS)；两种淀粉在相同的添加量的情况下，HCS对纸张的强度提高程度较大。探讨了阴离子羧甲基纤维素钠（CMC，carboxymethylcellulose）在纤维上的吸附的最佳条件，探究CMC吸附处理对纤维表面电荷、纤维保水值和成纸强度均有很大的提高作用。该研究有助于加深我们对各种不同的干强剂的认识。本论文研究过程中还采用多层聚电解质处理（PEM,polyelectrolyte Multilayers）技术对中长竹浆纤维进行了处理。研究结果表明，PEM三层（PEM3）处理提高了纸张的抗张强度，打浆3000r的竹浆纤维经过PEM3处理，抗张指数由43.5Nm/g上升到69.8Nm/g；PEM3处理未打浆的纸页抗张指数是46.7Nm/g，打浆6000r不加干强剂的中长纤维抄造的纸页强度是47.4Nm/g，二者的强度相当，这表明打浆和PEM3处理相结合可能是提高纸页强度的有效途径。PEM3处理纤维使纸张的光散射系数有一定程度下降，匀度和紧度没有明显的变化。后期加入细小纤维对PEM3处理的纤维的成纸性能会产生不利影响，可能是因为细小纤维覆盖在经过PEM3处理的长纤维的表面，阻碍了纤维间PEM层的相互渗透，导致纤维间无法建立有效的连接。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 竹浆在造纸行业的应用前景与优势
• 1.1.1 我国造纸原料方面存在的问题
• 1.1.1.1 纤维原料结构不合理
• 1.1.1.2 废纸资源紧张
• 1.1.2 竹子作为造纸原料的优势和不足
• 1.2 影响纸页物理强度的因素
• 1.2.1 纤维性质对纸页强度的影响
• 1.2.2 机械处理对纸页强度的影响
• 1.2.3 细小组分对纸页强度的影响
• 1.3 化学品对纸页物理强度影响机理的研究
• 1.3.1 干强剂及其作用机理的研究
• 1.3.2 影响干强剂的吸附效果的因素
• 1.3.2.1 纤维表面电荷及pH的影响
• 1.3.2.2 干强剂的电荷密度（取代度）和分子量的影响
• 1.3.2.3 简单电解质的影响
• 1.4 论文研究目的、意义及主要内容
• 1.4.1 本论文的目的、意义
• 1.4.2 研究工作主要内容
• 1.4.3 课题来源
• 第二章 DQP漂白竹浆基本纤维特性及打浆性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 实验仪器与设备
• 2.2.3 实验过程
• 2.2.3.1 浆料预处理和PFI磨浆
• 2.2.3.2 保水值的测定
• 2.2.3.3 纤维分级
• 2.2.3.4 光学显微镜观察
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 PFI磨浆转数对打浆度的影响
• 2.3.2 打浆对纤维长度的影响
• 2.3.3 打浆对浆料保水值的影响
• 2.3.4 DQP漂白竹浆筛分结果与分析
• 2.3.5 不同打浆转数下的竹浆筛分结果与分析
• 2.3.6 物理形态观察
• 2.4 本章小结
• 第三章 阳离子聚合物在竹浆上的吸附性能的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料及其药品
• 3.2.2 实验仪器与设备
• 3.2.3 实验过程
• 3.2.3.1 细小纤维的去除和浆料预处理
• 3.2.3.2 纤维电荷的测定
• 3.2.3.3 竹浆纤维对阳离子聚合物的吸附
• 3.2.3.4 抄纸和检测
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 打浆对竹浆总电荷和表面电荷的影响
• 3.3.2 三种聚合物的电荷性质
• 3.3.3 竹浆对不同聚合物的吸附作用
• 3.3.3.1 CPAM在竹浆上的吸附
• 3.3.3.2 不同电荷密度的阳离子淀粉在竹浆上的吸附
• 3.3.4 电解质对阳离子聚合物吸附性能的影响
• 3.3.5 阳离子聚合物对成纸抗张指数的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 CMC在竹浆上的吸附性能的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 实验仪器与设备
• 4.2.3 实验过程
• 4.2.3.1 浆料的处理
• 4.2.3.2 CMC在DQP竹浆纤维表面吸附特性的研究
• 4.2.3.3 CMC吸附量的测定
• 4.2.3.4 保水值的测定
• 4.2.3.5 抄纸和物检
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 打浆度和pH值对CMC吸附量的影响
• 4.3.2 打浆和CMC吸附处理后纤维电荷的比较
• 4.3.3 CMC吸附量对WRV的影响
• 4.3.4 CMC吸附量对成纸性能的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 阳离子淀粉和CMC多层吸附对成纸强度的影响
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验原料及药品
• 5.2.2 实验仪器与设备
• 5.2.3 实验过程
• 5.2.3.1 多层吸附曲线的建立
• 5.2.3.2 抄纸和物检
• 5.3 结果和讨论
• 5.3.1 吸附曲线的建立和打浆对吸附影响的研究
• 5.3.2 PEM处理对纸页物理强度的影响
• 5.3.3 细小纤维的添加量对PEM处理和纸张光学性能的影响
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 答辩委员会对论文的评定意见